CN111064526A - 一种宽带光子毫米波噪声信号产生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带光子毫米波噪声信号产生装置及方法，利用微环谐振反馈混沌激光器中的分布式反馈半导体激光器与耦合器、微环谐振器组成外腔反馈结构扩大混沌激光的光谱线宽，从而输出光谱线宽增宽的混沌光，通过调控两路混沌光的波长，使得不同波长的混沌光经过光子混频器进行拍频，从而产生宽带的高频毫米波噪声信号。有效克服了传统的利用自发辐射光产生噪声信号功率低、以及利用镜面反馈混沌激光拍频产生毫米波噪声信号带宽小的问题。本发明的宽带光子毫米波噪声信号发生装置结构简单，易于实现。

Description

一种宽带光子毫米波噪声信号产生装置及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种宽带光子毫米波噪声信号产生装置及方法。

背景技术

噪声信号发生器是一种特殊的能在特定频段产生噪声的装置，是进行器件参数测试和系统性能检测的重要设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。毫米波噪声是指波长范围从10毫米至1毫米，或者频率范围从30吉赫兹至300吉赫兹的噪声信号。在实际应用中，毫米波噪声信号可以用来对高频仪器及组件进行噪声系数的测量、对雷达系统进行信噪比测试、对通信系统改进型信道和误码率分析等。

现今存在的毫米波噪声源主要有雪崩二极管噪声源、气体放电二极管噪声源、肖特基二极管噪声源等，上述三项二极管都存在着一些问题，如肖特基二极管作为噪声源存在的问题是：在较高的反向偏压下，二极管的雪崩击穿区的散弹噪声频率超过100hz，现已研制出频率在130hz到170hz的工作频段的噪声发生器芯片，但由于雪崩击穿噪声频率的限制，这类噪声发生器的工作频率一般低于170hz，且输出频率越高，输出噪声功率平坦度越差，超噪比越低。

河海大学计算机与信息学院韩春等人提出了一种宽带数字高斯白噪声产生的方法，通过FPGA并行产生4路m序列，并使用多相滤波技术进行滤波，然后将4路信号合成2路信号输入到DAC，最后进行放大滤波得到模拟的宽带白噪声，但由于实际应用的需求，基于数字信号处理技术的噪声源难以满足实际需求，因此基于光学方法的噪声源应运而生。基于光学方法的噪声信号发生器结构简单，更易满足实际需求。许晋玮教授用经过平顶/高斯滤波的自发辐射光产生了110GHz的白噪声，但是这种方法产生的光噪声功率低，带宽不易调整，滤波后无法满足噪声发生器的功率要求。基于两路镜面反馈的混沌激光进行拍频可以产生高频的毫米波噪声，通过混沌光强度的随机起伏产生高功率的噪声信号，但其光谱的线宽较窄，限制了毫米波噪声信号的带宽。

综上所述，现有的噪声发生器产生的噪声信号带宽小、功率过低，难以满足实际需求。

发明内容

本发明为解决现有的噪声发生器产生的噪声信号带宽小、功率过低的问题，提供了一种宽带光子毫米波噪声信号产生装置及方法。

为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

一种宽带光子毫米波噪声信号产生装置，包括第一微环谐振反馈混沌激光器、第二微环谐振反馈混沌激光器、光耦合器和光子混频器；所述第一微环谐振反馈混沌激光器和第二微环谐振反馈混沌激光器的输出端均分别连接所述光耦合器的输入端，所述光耦合器的输出端连接光子混频器的输入端，所述光子混频器的输出端作为宽带光子毫米波噪声信号产生装置的输出端；其中第一微环谐振反馈混沌激光器和第二微环谐振反馈混沌激光器产生波长不同的混沌光。

上述方案中，通过第一微环谐振反馈混沌激光器、第二微环谐振反馈混沌激光器输出光谱线宽增宽的混沌光，通过调控两路混沌光的波长，使得不同波长的混沌光经过光子混频器进行拍频，从而产生宽带的高频毫米波噪声信号。

优选的，所述第一微环谐振反馈混沌激光器包括第一分布式反馈半导体激光器、第一耦合器、第一光衰减器、第一微环谐振器；所述第一分布式反馈半导体激光器的输出端与第一耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的一输出端与第一光衰减器的输入端连接，所述第一光衰减器的输出端与第一微环谐振器的输入端连接，所述第一耦合器的另一输出端作为第一微环谐振反馈混沌激光器的输出端与所述光耦合器的输入端连接。在本优选方案中，第一分布式反馈半导体激光器与第一耦合器、第一微环谐振器组成外腔反馈结构，通过第一微环谐振反馈混沌激光器的反馈作用，产生的混沌激光相较于镜面反馈混沌激光的光谱线宽增宽，得到光谱线宽加宽、无外腔时延特征的混沌光。

优选的，所述第二微环谐振反馈混沌激光器包括第二分布式反馈半导体激光器、第二耦合器、第二光衰减器、第二微环谐振器；所述第二分布式反馈半导体激光器的输出端与第二耦合器的输入端连接，所述第二耦合器的一输出端与第二光衰减器的输入端连接，所述第二光衰减器的输出端与第二微环谐振器的输入端连接，所述第二耦合器的另一输出端作为第二微环谐振反馈混沌激光器的输出端与所述光耦合器的输入端连接。在本优选方案中，第二分布式反馈半导体激光器与第二耦合器、第二微环谐振器组成外腔反馈结构，通过第二微环谐振反馈混沌激光器的反馈作用，产生的混沌激光相较于镜面反馈混沌激光的光谱线宽增宽，得到光谱线宽加宽、无外腔时延特征的混沌光。

优选的，所述第一分布式反馈半导体激光器与第二分布式反馈半导体激光器的中心波长不相同。在本优选方案中，根据光外差法，由于第一分布式反馈半导体激光器与第二分布式反馈半导体激光器的中心波长不同，其波长之差决定了产生毫米波噪声信号的频率。

优选的，所述第一微环谐振器与第二微环谐振器的反射波长不相同。在本优选方案中，由于第一分布式反馈半导体激光器与第二分布式反馈半导体激光器的中心波长不同，第二微环谐振反馈混沌激光器与第二微环谐振反馈混沌激光器的反射波长也相应不同，其群延时取值可以相同，也可以不同。

本发明还提供了一种宽带光子毫米波噪声信号产生方法，述第一微环谐振反馈混沌激光器和第二微环谐振反馈混沌激光器分别输出两束波长不同的混沌光，两束混沌光经过所述光耦合器耦合后进入光子混频器进行光谱和电谱的转换从而输出宽带光子毫米波电噪声信号。通过本发明方法，对于1550nm的混沌光， 1nm的光谱线宽就可以产生带宽超过180GHz的噪声电信号。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明的宽带光子毫米波噪声信号发生装置及方法以微环谐振反馈混沌激光器作为信号源，利用其中分布式反馈半导体激光器与耦合器、微环谐振器组成外腔反馈结构扩大混沌激光的光谱线宽从而输出光谱线宽增宽的混沌光，通过调控两路混沌光的波长，使得不同波长的混沌光经过光子混频器进行拍频，从而产生宽带的高频毫米波噪声信号，有效克服了传统的利用自发辐射光产生噪声信号功率低、利用镜面反馈混沌激光拍频产生毫米波噪声信号带宽小的问题。本发明的宽带光子毫米波噪声信号发生装置结构简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的模块示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种宽带光子毫米波噪声信号产生装置，如图1所示，包括第一微环谐振反馈混沌激光器、第二微环谐振反馈混沌激光器、光耦合器3和光子混频器4；所述第一微环谐振反馈混沌激光器和第二微环谐振反馈混沌激光器的输出端均分别连接所述光耦合器3的输入端，所述光耦合器3的输出端连接光子混频器4的输入端，所述光子混频器4的输出端作为宽带光子毫米波噪声信号产生装置的输出端；其中第一微环谐振反馈混沌激光器和第二微环谐振反馈混沌激光器产生波长不同的混沌光。

其中，第一微环谐振反馈混沌激光器包括组成外腔反馈结构的第一分布式反馈半导体激光器11、第一耦合器12、第一光衰减器13、第一微环谐振器14；所述第一分布式反馈半导体激光器11的输出端与第一耦合器12的输入端连接，所述第一耦合器12的一输出端与第一光衰减器13的输入端连接，所述第一光衰减器13的输出端与第一微环谐振器14的输入端连接，所述第一耦合器12的另一输出端作为第一微环谐振反馈混沌激光器的输出端与所述光耦合器3的输入端连接。第二微环谐振反馈混沌激光器包括组成外腔反馈结构的第二分布式反馈半导体激光器21、第二耦合器22、第二光衰减器23、第二微环谐振器24；所述第二分布式反馈半导体激光器21的输出端与第二耦合器22的输入端连接，所述第二耦合器22的一输出端与第二光衰减器23的输入端连接，所述第二光衰减器 23的输出端与第二微环谐振器24的输入端连接，所述第二耦合器22的另一输出端作为第二微环谐振反馈混沌激光器的输出端与所述光耦合器3的输入端连接。其中第一分布式反馈半导体激光器11与第二分布式反馈半导体激光器21的中心波长不相同，其波长之差决定了产生毫米波噪声信号的频率，第一微环谐振器14和第二微环谐振器24的反射波长也相应不同。在本实施例中，在第一微环谐振反馈混沌激光器或第二微环谐振反馈混沌激光器的外腔反馈结构中，通过其中的第一微环谐振器14或第二微环谐振器24的外腔反馈作用，产生光谱线宽加宽、无外腔时延特征的混沌信号。

本实施例1的工作原理如下：通过第一微环谐振反馈混沌激光器、第二微环谐振反馈混沌激光器输出光谱线宽增宽的混沌光，通过调控两路混沌光的波长，使得不同波长的混沌光通过光耦合器3连接到光子混频器4并进行拍频，实现光谱-电谱转换，最终输出频率可控的宽带毫米波电噪声信号。在本实施例1中，对于1550nm的混沌光，1nm的光谱线宽就可以产生带宽超过180GHz的电噪声信号。

实施例2

本实施例2为基于实施例1所述宽带光子毫米波噪声信号产生装置的宽带光子毫米波噪声信号发生方法，具体为：所述第一微环谐振反馈混沌激光器和第二微环谐振反馈混沌激光器分别输出两束波长不同的混沌光，两束混沌光经过所述光耦合器耦合后进入光子混频器进行光谱和电谱的转换从而输出宽带光子毫米波电噪声信号。

需要说明的是，以上实施例中所使用的各个组成部件均可采用市面上的商用产品，本发明旨在保护它们的连接关系及其实现原理，因此并未对每个产品本身的型号等进行限定。

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种宽带光子毫米波噪声信号产生装置，其特征在于，包括第一微环谐振反馈混沌激光器、第二微环谐振反馈混沌激光器、光耦合器和光子混频器；所述第一微环谐振反馈混沌激光器和第二微环谐振反馈混沌激光器的输出端均分别连接所述光耦合器的输入端，所述光耦合器的输出端连接光子混频器的输入端，所述光子混频器的输出端作为宽带光子毫米波噪声信号产生装置的输出端；其中第一微环谐振反馈混沌激光器和第二微环谐振反馈混沌激光器产生波长不同的混沌光。

2.根据权利要求1所述的宽带光子毫米波噪声信号产生装置，其特征在于，所述第一微环谐振反馈混沌激光器包括第一分布式反馈半导体激光器、第一耦合器、第一光衰减器、第一微环谐振器；所述第一分布式反馈半导体激光器的输出端与第一耦合器的输入端连接，所述第一耦合器的一输出端与第一光衰减器的输入端连接，所述第一光衰减器的输出端与第一微环谐振器的输入端连接，所述第一耦合器的另一输出端作为第一微环谐振反馈混沌激光器的输出端与所述光耦合器的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的宽带光子毫米波噪声信号产生装置，其特征在于，所述第二微环谐振反馈混沌激光器包括第二分布式反馈半导体激光器、第二耦合器、第二光衰减器、第二微环谐振器；所述第二分布式反馈半导体激光器的输出端与第二耦合器的输入端连接，所述第二耦合器的一输出端与第二光衰减器的输入端连接，所述第二光衰减器的输出端与第二微环谐振器的输入端连接，所述第二耦合器的另一输出端作为第二微环谐振反馈混沌激光器的输出端与所述光耦合器的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的宽带光子毫米波噪声信号产生装置，其特征在于，所述第一分布式反馈半导体激光器与第二分布式反馈半导体激光器的中心波长不相同。

5.根据权利要求3所述的宽带光子毫米波噪声信号产生装置，其特征在于，所述第一微环谐振器与第二微环谐振器的反射波长不相同。

6.根据权利要求1～5任一项一种宽带光子毫米波噪声信号产生方法，其特征在于，所述第一微环谐振反馈混沌激光器和第二微环谐振反馈混沌激光器分别输出两束波长不同的混沌光，两束混沌光经过所述光耦合器耦合后进入光子混频器进行光谱和电谱的转换从而输出宽带光子毫米波电噪声信号。

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